Кіріспе
Даму робототехникасы (DevRob), кейде эпигенетикалық робототехника деп аталады, – денелі машиналарда өмір бойы және ашық нұсқада жаңа дағдылар мен жаңа білімді үйренуге мүмкіндік беретін даму механизмдерін, архитектураларын және шектеулерін зерттейтін ғылыми сала. Адам балаларындағыдай, оқыту жинақталып, күрделілігі арта түсуі күтіледі және әлеуметтік өзара әрекеттесумен қатар әлемді өздігінен зерттеу нәтижесінде пайда болады. Типтік әдістемелік тәсіл даму психологиясы, нейроғылым, даму және эволюциялық биология, лингвистика сияқты салаларда жасалған адам және жануарлар дамуының теорияларынан басталады, содан кейін оларды роботтарда формалдап, іске асырады, кейде олардың кеңейтілген нұсқаларын немесе түрлендірілгендерін зерттейді. Бұл модельдерді роботтарда сынау зерттеушілерге оларды шындықпен салыстыруға мүмкіндік береді, соның салдарынан даму робототехникасы адам және жануарлар дамуының теорияларына кері байланыс пен жаңа гипотезалар ұсынады. Даму робототехникасы эволюциялық робототехникамен (ER) байланысты, бірақ одан ерекшеленеді. ER уақыт өте дамитын роботтар популяциясын пайдаланады, ал DevRob жеке роботтың басқару жүйесінің ұйымдасқан құрылымының тәжірибе арқылы уақыт өте қалай дамитынын зерттейді. DevRob сондай-ақ робототехника және жасанды өмір салаларындағы жұмыстармен де байланысты.
Өмірбаян
Робот бала сияқты үйрене ала ма? Ол жобалау кезінде анықталмаған түрлі жаңа дағдылар мен білімді игере ала ма, және толық белгісіз және өзгермелі ортада? Денесін және физикалық және әлеуметтік ортамен байланысын қалай таба алады? "Фабрикадан шыққаннан кейін" инженердің араласуынсыз оның танымдық қабілеттері қалай дами береді? Адамдармен табиғи өзара әрекеттесу арқылы ол нені үйрене алады? Міне, даму робототехникасының орталық сұрақтары. Алан Тьюринг, сондай-ақ кибернетиканың көптеген пионерлері бұл сұрақтарды және жалпы көзқарасты 1950 жылы қалыптастырған, бірақ олар 20 ғасырдың соңынан бастап ғана жүйелі түрде зерттеле бастады. Адаптивті интеллекті машиналар тұжырымы даму робототехникасының негізгі бөлігі болғандықтан, ол жасанды интеллект, машиналық оқыту, когнитивтік робототехника немесе есептеу нейробиологиясы сияқты салалармен байланысты. Дегенмен, ол осы салаларда жасалған кейбір техникаларды қолдана алады, бірақ көптеген жағынан олардан ерекшеленеді. Ол классикалық жасанды интеллекттен өзгеше, себебі ол жоғары деңгейдегі символдық ойлау қабілетін қабылдамайды және абстрактілі символдық мәселелерге емес, денелі және ортаға бейімделген сенсомоторлық және әлеуметтік дағдыларға назар аударады. Ол когнитивтік робототехникадан ерекшеленеді, себебі ол когнитивтік қабілеттердің өзінен гөрі, олардың қалыптасуына мүмкіндік беретін процестерге назар аударады. Ол есептеу нейробиологиясынан ерекшеленеді, себебі ол даму мен оқытудың интеграцияланған архитектураларының функционалдық модельдеуіне назар аударады. Жалпы алғанда, даму робототехникасы келесі үш ерекшелікпен сипатталады: ол міндетке тәуелсіз архитектуралар мен оқу механизмдерін мақсат етеді, яғни машина/робот инженерге белгісіз жаңа міндеттерді оқыта білуі керек; ол ашық даму мен өмір бойы оқуға баса назар аударады, яғни организмнің үздіксіз жаңа дағдыларды игеру қабілеті. Бұл "көп нәрсені" немесе тіпті "барлығын" оқыту қабілеті деп түсінілмеуі керек, тек игерілген дағдылар жиынтығын кем дегенде кейбір (барлық емес) бағыттар бойынша шексіз кеңейтуге болады; игерілген білім мен дағдылардың күрделілігі біртіндеп артуы керек (және бұл өсу бақыланады). Даму робототехникасы бірнеше зерттеу қауымдастықтарының тоғысқан жерінде пайда болды, соның ішінде денелі жасанды интеллект, энактикалық және динамикалық жүйелер когнитивтік ғылымы, коннекционизм. Оқу мен даму ми, дене және олардың физикалық және әлеуметтік ортасы арасындағы динамикалық өзара әрекеттесудің өзіндік ұйымдасқан нәтижесі ретінде жүзеге асып, осы өзіндік ұйымды күрделілігін арттырудың дағдыларын өмір бойы тәуелсіз оқытуды қамтамасыз ету үшін қалай пайдалануға болатынын түсінуге тырыса отырып, даму робототехникасы даму психологиясы, даму және когнитивтік нейробиология, даму биологиясы (эмбриология), эволюциялық биология және когнитивтік лингвистика сияқты салалармен тығыз байланыста болады. Бұл ғылымдардан келетін көптеген теориялар сөздік және/немесе сипаттамалық болғандықтан, бұл даму робототехникасында маңызды формализация және есептеулік модельдеу қажеттігін білдіреді. Бұл есептеу модельдері көпжақты және бейімделгіш машиналарды қалай жасауды зерттеудің құралы ретінде ғана емес, сонымен қатар олардың сәйкестігін бағалау және биологиялық дамуды түсінудің баламалы түсіндірмелерін зерттеудің құралы ретінде де қолданылады. Алайда, жасанды организмдердегі, әсіресе дамушы роботтардағы осы механизмдердің өзара әрекеттесуі әлі де жеткілікті зерттелмеген. Эволюциялық механизмдердің, морфологияның дамуының және сенсомоторлық және әлеуметтік дағдыларды дамытудың өзара әрекеттесуі даму робототехникасының болашағы үшін өте маңызды тақырып болады.
but it is only since the end of the 20th century that they began to be investigated systematically. Because the concept of adaptive intelligent machines is central to developmental robotics, it has relationships with fields such as artificial intelligence, machine learning, cognitive robotics or computational neuroscience. Yet, while it may reuse some of the techniques elaborated in these fields, it differs from them from many perspectives. It differs from classical artificial intelligence because it does not assume the capability of advanced symbolic reasoning and focuses on embodied and situated sensorimotor and social skills rather than on abstract symbolic problems. It differs from cognitive robotics because it focuses on the processes that allow the formation of cognitive capabilities rather than these capabilities themselves. It differs from computational neuroscience because it focuses on functional modeling of integrated architectures of development and learning. More generally, developmental robotics is uniquely characterized by the following three features:
It targets task independent architectures and learning mechanisms, i. e. the machine/robot has to be able to learn new tasks that are unknown by the engineer;
It emphasizes open ended development and lifelong learning, i. e. the capacity of an organism to acquire continuously novel skills. This should not be understood as a capacity for learning "anything" or even “everything”, but just that the set of skills that is acquired can be infinitely extended at least in some (not all) directions;
The complexity of acquired knowledge and skills shall increase (and the increase be controlled) progressively. Developmental robotics emerged at the crossroads of several research communities including embodied artificial intelligence, enactive and dynamical systems cognitive science, connectionism. Starting from the essential idea that learning and development happen as the self organized result of the dynamical interactions among brains, bodies and their physical and social environment, and trying to understand how this self organization can be harnessed to provide task independent lifelong learning of skills of increasing complexity, developmental robotics strongly interacts with fields such as developmental psychology, developmental and cognitive neuroscience, developmental biology (embryology), evolutionary biology, and cognitive linguistics. As many of the theories coming from these sciences are verbal and/or descriptive, this implies a crucial formalization and computational modeling activity in developmental robotics. These computational models are then not only used as ways to explore how to build more versatile and adaptive machines but also as a way to evaluate their coherence and possibly explore alternative explanations for understanding biological development. However, the interaction of those mechanisms in artificial organisms, developmental robots, in particular, is still vastly understudied. The interaction of evolutionary mechanisms, unfolding morphologies and developing sensorimotor and social skills will thus be a highly stimulating topic for the future of developmental robotics.
Негізгі журналдар
IEEE когнитивтік және даму жүйелері туралы транзакциялар (бұрын IEEE автономды ақыл-ой дамуы туралы транзакциялар деп белгілі болған): https://cis.ieee.org/publications/t-cognitive-and-developmental-systems
Негізгі конференциялар
Даму және білім беру жөніндегі халықаралық конференция: http://www.cogsci.ucsd.edu/~triesch/icdl/
Эпигенетикалық робототехника: https://www.lucs.lu.se/epirob/
ICDL EpiRob: http://www.icdl-epirob.org/ (жоғарыдағы екеуі 2011 жылдан бері біріктірілді)
Даму робототехникасы: http://cs.brynmawr.edu/DevRob05/
NSF/DARPA қаржыландырған Даму және оқыту жөніндегі семинар 2000 жылдың 5-7 сәуірінде Мичиган мемлекеттік университетінде өтті. Бұл роботтар мен жануарлардың сана дамуын есептеу арқылы түсінуге арналған алғашқы халықаралық жиын болды. Агенттер даму кезінде өте активті болғандықтан "даму арқылы" деген терминді қолдандық.
Epigenetic Robotics: https://www. lucs. lu. se/epirob/
ICDL EpiRob: http://www. icdl epirob. org/ (the two above joined since 2011)
Developmental Robotics: http://cs. brynmawr. edu/DevRob05/
The NSF/DARPA funded Workshop on Development and Learning was held April 5–7, 2000 at Michigan State University. It was the first international meeting devoted to computational understanding of mental development by robots and animals. The term "by" was used since the agents are active during development.
Техникалық комитеттер
IEEE танымдық және даму жүйелері жөніндегі техникалық комитеті (CDSTC), бұрынғысы IEEE автономды ақыл-ой дамуы жөніндегі техникалық комитеті, https://cis.ieee.org/technical-committees/cognitive-and-developmental-systems-technical-committee
IEEE танымдық робототехника жөніндегі техникалық комитеті, https://www.ieee-ras.org/cognitive-robotics
IEEE роботтарды оқыту жөніндегі техникалық комитеті, https://www.ieee-ras.org/robot-learning/
IEEE Technical Committee on Cognitive Robotics, https://www. ieee ras. org/cognitive robotics
IEEE Technical Committee on Robot Learning, https://www. ieee ras. org/robot learning/
Курстар
DevRob бойынша алғашқы бакалавриат курстары 2003 жылдың көктемінде Дуглас Бланк Брин-Мор колледжінде, ал Лиза Миден Свартмор колледжінде ұсынды. Алғашқы аспирантура курсы 2005 жылдың күзінде Александр Стойтчев Айова штаты университетінде оқыды.